随钻测井用涡轮发电机叶轮组水力性能分析

采用CFD方法对某型随钻井下涡轮发电机叶轮组进行数值分析,计算叶片的水力特性,预测叶轮的输出性能。首先,提取叶轮模型的几何特征参数,采用CFD分析软件FINE/Turbo建立仿真模型,并对叶轮组进行全三维数值仿真模拟,得出静子叶片出口流动角和转子叶片进口流动角沿径向分布规律,以及转子叶片压力系数沿径向分布等水力特性参数。然后通过计算得到叶轮的输出功率、输出扭矩和效率等宏观特性参数,并解释了叶轮输出特性与叶片水力特性之间的关系。最后通过试验验证数值仿真叶轮的转速误差在6%以内。研究结果可为叶片改型和叶轮输出性能的改进提供参考。     

涡轮钻具涡轮叶片造型设计新方法

涡轮叶片的型线对涡轮钻具性能影响很大。通过分析涡轮叶片型线对液流流动参数的影响 ,认为叶片型线上存在不连续的曲率是影响涡轮性能的主要因素 ,得出叶片压力面和吸力面型线应为单型线且具有连续三阶导数的结论。提出用五次多项式构造叶片型线 ,给出叶片型线与几何参数的关系、定量求解方法和叶片型线检验要求。 165涡轮钻具设计应用实践表明 ,采用这种新方法设计涡轮 ,可优化涡轮叶片形状 ,改进涡轮性能 ,提高设计质量和总效率     

涡轮叶片型线结构对叶栅流场的影响研究

涡轮叶片型线影响涡轮液流压降变化和速度变化的平稳程度,从而影响涡轮水力能量转化效率。分析了涡轮叶片的结构参数,据此绘制出五圆弧叶型及三次多项式叶型涡轮的叶片型线,在此基础上,利用Fluent软件对常用的五圆弧叶型和三次多项式叶型的涡轮叶栅流场压力、速度变化进行了模拟分析。分析结果表明,三次多项式叶型涡轮的液流压降变化和速度变化比五圆弧叶型涡轮更平稳,因此前者的水力损失比后者更小,水力效率更高。建议涡轮钻具叶片型线设计时尽量采用三次多项式。     

多相混输泵叶轮叶片强度有限元分析

提出了一种基于计算流体动力学(CFD)和ANSYS有限元分析软件对多相混输泵叶片进行强度分析的方法.在三维时均N-S方程的基础上,应用标准k-ε方程对多相泵内部三维湍流流动进行了数值模拟,计算叶轮内的稳态流体压力,得到叶片表面真实压力分布;将此压力分布加载至强度分析的叶片模型表面进行叶片的强度分析,这种方法能够真实反应叶片表面的受力状态,因而具有工程实用价值.     

基于Bezier和正交试验的涡轮叶片参数优化设计

涡轮的叶片型线在涡轮钻具设计中处于核心地位,对其进行优化设计具有重要的意义。基于Bezier曲线对涡轮叶片型线的表达式进行推导。以ø127 mm涡轮为例,应用计算流体力学软件Fluent对其进行数值模拟,并结合正交试验方法,以叶片形状控制参数为因素,以涡轮的转矩和效率为指标,对叶片型线进行优化。结果表明,此方法可综合考虑转矩和效率,得到水力性能优秀的叶片型线参数,为涡轮钻具的叶片设计和优化提供指导。     

井下水动力轴流涡轮设计与试验研究

通过井下水动力涡轮的设计和试验,发现流道中线决定涡轮设计工况的液流平均流动,而不是沿叶片骨线进口结构角方向。指出传统平面叶栅轴流涡轮设计方法存在的局限性,并提出了最高效率点的平均液流进口方向沿流道中线进口结构角方向的观点,从而较好地解释了理论设计的机械性能与实际机械性能存在差异的原因。根据该观点,建议在涡轮叶栅叶型造型设计时,应检查流道中线在前、后缘额线处的切线,保证与设计液流方向基本相同,以提高涡轮设计的正确性和质量。对其他同类型的涡轮机械设计具有参考价值。     

基于CFD分析的涡轮钻具力学性能预测

以φ115mm涡轮钻具涡轮为研究对象，采用实体建模、CFD前置处理器等工具生成涡轮定、转子的单周期跨叶片流道计算模型，应用CFD(计算流体动力学)商用软件研究分析了其在不同转速下的内流场。重点分析了转子叶片表面压力场的分布情况，并将模拟结果与10级涡轮台架的实验数据进行了对比，证明CFD模拟分析的有效性，为预测分析涡轮钻具力学性能、改进叶型设计、提高叶型的水力性能具有重要的指导意义。     

油田注水多级离心泵全三维湍流场的数值模拟

在国内首次实现了节段式多级离心泵任意一整级(包括叶轮导叶在内)的全三维流场的数值模拟。以油田常用的DF300—150A型注水泵作为研究对象,数值计算使用FLUENT软件及其RNGκε湍流模型和多重参考坐标系。模拟结果显示在叶轮出口与导叶入口衔接处,叶轮出流因受到导叶叶片头部的阻挡干扰,导致局部流体逆叶轮旋转方向运动。液流的静压值在正导叶出口附近达到泵级内最大值,进入反导叶后因沿程出现的水力损失静压值略有降低。计算结果得到了泵外特性实测值的验证,表明本数值模拟方法对节段式离心注水泵是可行的。     

涡轮钻具内部流场的三元流计算与研究

根据叶轮机械三元流动的普遍理论和涡轮钻具叶轮具体边界问题，建立了三元流动计算的数学模型，推导出了适用于叶轮机械三元流动计算的流函数方程，将三元流动计算流函数法成功地运用于涡轮钻具叶栅的数值计算。编制了计算SI流面（叶片到叶片间回转面）速度分布的计算机程序，并对几种涡轮钻具实例进行了数值计算和流动分析，同时进行了涡轮钻具台架性能试验。通过对理论计算和试验结果对比分析，指出了几种涡轮钻具叶片的不足。     

基于CFD分析的轴流式螺旋叶轮设计

针对一种井下马达的轴流式螺旋叶轮进行了理论计算，并利用CFD方法对其进行了紊流数值模拟。根据CFD分析结果对理论计算的结果进行了修正，并通过比较同一工况下不同螺旋角叶片的水力效率，得出了在满足设计要求条件下的最优螺旋角。通过试验，验证了CFD分析在计算和优化设计此种轴流式螺旋叶轮的有效性，并具有指导意义。     

应用CFD软件模拟Φ115 mm涡轮钻具机械特性

应用CFD软件对涡轮钻具组的内流场进行了分析研究，重点讨论了模拟压降和扭矩。考虑容积损失和摩擦损失的影响，采用三元流动设计理论，用粘性流体代替理想流体，用湍流代替层流，研究跨叶片的流场及其流体与叶片的相互作用，计算压降的理论预测值与实测值非常接近，修正后的模拟扭矩基本等于对应转速下的实测值，模拟总效率曲线也与实测曲线基本吻合。通过模拟，获得了较详细的内流场数据，揭示了内流场与外特性之间的关系，进一步说明CFD的有效性，对改进涡轮机械性能指明了途径。     

井下发电机涡轮设计、动力模拟与性能试验

为了缩短涡轮研制周期,降低研制费用,在涡轮机械一元流理论基础上进行叶栅叶型设计,借助计算机辅助叶片造型,运用CFD软件对井下涡轮进行了全三维模型数值模拟和力学性能预测。模拟结果与试验结果对比表明,在涡轮转速低于1 000 r/min时相同转速下实测扭矩小于模拟扭矩,而高于1 000 r/min后相同转速下实测扭矩大于模拟扭矩,但两者相差不大;压降变化趋势基本相同,低转速下模拟压降稍小于实测压降;涡轮空转转速实测值稍高于模拟值。最后指出,一元流理论同计算辅助叶片造型相结合,通过合理调整相关参数满足流道、叶片型线和喉部折转角的检验要求,可以达到理论设计的预期结果。     

一种井下发电机的涡轮设计及其测试

根据涡轮机械一元流理论设计井下发电机涡轮的叶栅参数,叶片造型设计实现计算辅助设计,对所设计涡轮进行了三维建模和涡轮机械性能的CFD预测,其预测结果与试验基本一致,表明预测结果可作为设计决策的重要依据.在CFD流道建模中,流道模型包含了径向问隙,克服了跨叶片流道模型需要引进容积效率经验系数的局限性,提高了预测涡轮机械特性...     

涡轮叶片造型设计软件的开发

通过对涡轮叶片型线设计理论分析，将涡轮叶片设计过程分为数据选取、中间计算、结果输出3部分。开发的软件主要用于中间计算过程。软件对计算结果采用离散数据的形式存储到文件中，增强了数据的交互性，在涡轮叶片的设计和研究中，可以大大减少科研人员的工作量，具有一定的应用价值。     

Bezier曲线在涡轮叶片设计中的应用

分析了涡轮叶片型线的特点，阐述了Bezier曲线的原理及特性，提出用Bezier曲线作为涡轮叶片的设计曲线。通过论述证明，采用Bezier曲线设计涡轮叶片型线，既描述简单，又可以建立相应的优化数学模型，具有一定的优越性。     

基于CFD的井下混抽泵叶轮有限元分析

为真实反映螺旋轴流式混抽泵叶轮的受力状态,用CFD对叶轮进行了分析。首先对叶轮内的流场进行数值模拟,得到稳态流体压力,然后将CFD模拟得到的叶轮表面流体压力和温度场分析结果加载到叶轮模型进行热力学耦合分析,得到复杂叶轮的温度场、应力场和位移等分布情况。研究结果为优化叶轮结构设计和减少反复设计提供了参考依据,具有较为重要的工程实用价值。     

流体机械转轮内气泡运动轨迹的数值分析

采用气泡轨迹模型作为基本物理模型和边界元数值分析方法求解主流流场,分别以一离心叶轮和螺旋轴流式叶轮为例,研究了气泡在流体机械转轮中的运动情况,通过2种叶轮计算结果的对比分析,验证了螺旋轴流式多相泵在多相输送方面的优越性,得到转轮内气泡运动轨迹及其他一些很有价值的流动信息。     

流体机械转轮内气泡运动轨迹的数值分析

采用气泡轨迹模型作为基本物理模型和边界元数值分析方法求解主流流场,分别以一离心叶轮和螺旋轴流式叶轮为例,研究了气泡在流体机械转轮中的运动情况,通过2种叶轮计算结果的对比分析,验证了螺旋轴流式多相泵在多相输送方面的优越性,得到转轮内气泡运动轨迹及其他一些很有价值的流动信息。     

54 mm涡轮钻具三维叶片造型设计与研究

针对涡轮转子不同半径圆柱层液体圆周速度不同，导致的液体与转子叶片产生冲击产生的水力损失问题，利用多截面造型方法建立了一种三维叶片涡轮。基于实际工况中从第二级涡轮开始，定子入口的流速是上一级涡轮转子出口流速，速度方向并不垂直于定子入口面这一情况，对现有的涡轮流道模型进行修正，建立了多级流道模型。通过数值模拟方法，对多级涡轮流道模型进行流场分析，得到中间一级涡轮的相关性能参数的特性曲线。研究结果表明：三维叶片涡轮压降更低，单幅涡轮压降减少约为12%;在最佳工况点处，三维叶片涡轮效率达到了60.25%,比直叶片涡轮高出约10%。考虑径向间隙对涡轮性能的影响，建立了相对应的流道模型，验证了方案的可行性。研究结果对涡轮叶片的设计和多级涡轮流场分析具有一定的指导意义。     

离心泵叶轮的计算机程序水力设计

利用二元理论,在准正交线法轴面流动计算以及逐点积分法的基础上,编程实现了离心泵叶轮水力设计。设计提出了新的过流断面线计算方法,克服了传统过流断面面积内切圆检查方法效率低,精度差的缺点。改进了传统的逐点积分法,设计可以方便地对叶片包角进行控制。叶片采用给定其圆周方向厚度的方法进行加厚,解决了轴面流动计算中排挤系数无法确定的问题。对加厚后的叶片头部出现尖锐形状进行了修圆处理。